高速公路路基沉陷注漿施工技術(shù)

周 軍

(湖北省洪湖市公路管理局，湖北 洪湖 433200)

1 工程概況

某高速公路工程第三合同段內(nèi)K27+628～K27+668段路基由于在施工過程中沒有分層填筑和碾壓，在一段時(shí)間后產(chǎn)生沉降，另外，因施工時(shí)正值當(dāng)?shù)赜昙荆料萏幰虻屯荼凰蜎]，大量雨水通過縫隙滲入，使路基中土體實(shí)際強(qiáng)度大幅降低，路基因此變軟而發(fā)生沉陷。經(jīng)實(shí)地調(diào)查，沉陷區(qū)總面積達(dá)到800 m2，長度與寬度分別為30 m、28 m，沉陷深度可以達(dá)到10 cm。目前，該段高速公路的底基層、基層與下面層均完成施工，為避免對(duì)之后的施工造成影響，決定采用注漿的方法對(duì)沉陷段實(shí)施加固處理。

2 加固機(jī)理

注漿法最早由日本提出，最初主要在以下幾個(gè)方面使用：基礎(chǔ)防滲、路基加固、地基土性質(zhì)改善及邊坡穩(wěn)定。在路基加固過程中，主要采用旋噴的方法，僅需在土層范圍內(nèi)鉆出一個(gè)直徑在50～300 mm范圍內(nèi)的孔，然后采用壓力注漿，即可形成直徑在0.4～4 m范圍內(nèi)的主體。注入的泥漿和土體之間將固結(jié)成整體，實(shí)現(xiàn)對(duì)路基的加固。

注入到土內(nèi)的泥漿將和土體發(fā)生一系列反應(yīng)，如物理作用、化學(xué)反應(yīng)與物理化學(xué)作用。其中，物理化學(xué)作用指的是在水泥作用下，土體顆粒發(fā)生顆粒聚集、離子交換和團(tuán)粒化；物理過程指的是土體顆粒擠密；而化學(xué)反應(yīng)指的是水泥發(fā)生的水解與水化。由于水泥和土體之間的相互作用，會(huì)形成一種水泥和土體相混合的膠體結(jié)構(gòu)，達(dá)到提高土體穩(wěn)定性、強(qiáng)度與密度的作用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)路基的有效加固。相關(guān)研究表明，泥漿和土體之間的固化反應(yīng)速度相對(duì)較慢，基于這種情況，在配制水泥漿的過程中，通常要摻入一定量的外加劑，如速凝劑等，以此實(shí)現(xiàn)速凝和早強(qiáng)，提高耐腐蝕性，避免漿液發(fā)生沉陷，影響加固效果。

3 注漿施工

3.1 施工準(zhǔn)備

根據(jù)路基施工各項(xiàng)試驗(yàn)記錄，沉陷段路基土各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

表1 沉陷段路基土主要技術(shù)指標(biāo)

按照上述要求做好地質(zhì)鉆探工作，采用標(biāo)貫試驗(yàn)的方法能得出路基土所處松散程度，同時(shí)還能找出松散土層所在位置和具體范圍，進(jìn)而在現(xiàn)場進(jìn)行取樣完成壓實(shí)度的試驗(yàn)檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果為：與表面相距1.6～1.8 m范圍內(nèi)，壓實(shí)度為96.3%；與表面相距2.6～2.8 m范圍內(nèi)，壓實(shí)度為98.6%；與表面相距3.6～3.8 m范圍內(nèi)，壓實(shí)度為80.5%；與表面相距4.6～4.8 m范圍內(nèi)，壓實(shí)度為87.9%。

從以上結(jié)果可知，在與表面間隔距離為3.6～4.8 m的區(qū)域中，實(shí)測(cè)壓實(shí)度結(jié)果和規(guī)范要求相比較低，說明這一部位為松散土，沉降隨時(shí)可能發(fā)生，需重點(diǎn)加固處理。

3.2 注漿孔布置

在沉陷處布置梅花形注漿孔，保證加固后土體在深度與平面上都可以形成整體。實(shí)際的布孔范圍應(yīng)超出沉陷裂縫，在沉陷較為嚴(yán)重的位置需按照2.0 m×1.5 m的孔距進(jìn)行布控，而在其外圍，應(yīng)按照2.0 m×2.0 m的孔距進(jìn)行布孔，以沉陷的范圍和面積大小為依據(jù)，確定注漿孔的數(shù)量。鉆孔采用油壓鉆機(jī)進(jìn)行，成孔方式以沖擊干鉆為主，孔徑按照75～91 mm的范圍控制，孔深則按照6.0～7.0 m的范圍控制。在實(shí)際施工過程中，應(yīng)做到間隔成孔，每間隔一個(gè)孔鉆進(jìn)一孔，在之前鉆設(shè)的注漿孔完成注漿施工后，加密至設(shè)計(jì)要求的密度。

3.3 注漿管埋設(shè)

注漿管為膠管為主，直徑20 mm，管底需鉆孔，孔距0.5 m，并要用膠帶封好下孔與開口，以免對(duì)其它孔實(shí)施注漿的過程中漿液通過小孔或管口進(jìn)入對(duì)注漿造成影響。注漿管準(zhǔn)備好后，將其下放至注漿孔的底部，上端從孔外露出0.5 m，用于和高壓輸漿管相連。

3.4 注漿

注漿施工所用泥漿以普通硅酸鹽水泥為主，水灰比0.85，制備水泥將時(shí)可摻加一定量的速凝劑，以保證其早強(qiáng)性能。水泥漿應(yīng)使用專門的攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌，攪拌好的泥漿使用高壓注漿泵進(jìn)行灌注。注漿時(shí)，以從外到內(nèi)方向間隔執(zhí)行，并從沉降部位的外圍開始，這樣可以形成整體包圍圈，防止?jié){液向路基外流出。將外圍注漿完好后，即可開始對(duì)內(nèi)部進(jìn)行注漿。對(duì)于注漿壓力，在注漿開始后，按照0.5～1.5 MPa的范圍控制，以此起到滲透與填充的作用；之后則按照0.8～2.5 MPa的范圍控制，以起到擠密與壓密的作用；在高壓作用下，使?jié){液在土層孔隙中不斷滲透，直到將所有孔隙填滿，并對(duì)松散土層予以壓密或擠密，確保沉陷處的路基形成完整的固化體，實(shí)現(xiàn)對(duì)路基的有效加固。

4 注漿效果

鉆孔時(shí)，以沖擊干鉆為主，以此避免路基土含水量升高使路基沉陷情況加重。在注漿過程中，應(yīng)對(duì)孔口和路基兩側(cè)周圍結(jié)構(gòu)物中是否漏漿進(jìn)行密切觀察，如果發(fā)現(xiàn)漏漿，應(yīng)立即停止注漿，將漏漿處理好后，繼續(xù)進(jìn)行注漿。

注漿施工完成后，采用地質(zhì)鉆探的方法取出芯樣，開展標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)結(jié)果

注漿之前，松散處錘擊次數(shù)的平均值為4.36，而在注漿之后，松散處錘擊次數(shù)的平均值為12.4。

經(jīng)取芯試驗(yàn)可知，注漿完成后，路基內(nèi)空隙被泥漿完全填滿；受壓力作用后，松散土層達(dá)到壓密與擠密，得到了均勻且完整的固化體。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)結(jié)果，錘擊次數(shù)的平均值從4.36提高至12.4，說明密實(shí)度提高了3倍左右，目前通過注漿已經(jīng)處在中密的狀態(tài)，可滿足設(shè)計(jì)與規(guī)范提出的強(qiáng)度要求，此外，對(duì)固化體而言，其后期強(qiáng)度伴隨時(shí)間不斷延長而明顯提高，表現(xiàn)出良好穩(wěn)定性閾強(qiáng)度。施工中還進(jìn)行了沉降觀測(cè)，在注漿完成未發(fā)現(xiàn)沉降。以上結(jié)果說明此次注漿達(dá)到了良好效果，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的加固目標(biāo)。

5 結(jié) 語

綜上所述，路基沉陷通常需要很長時(shí)間才會(huì)發(fā)生，此時(shí)結(jié)構(gòu)層可能正處施工狀態(tài)，若采用傳統(tǒng)開挖后重新碾壓的方法來處理，難免會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)層造成破壞或污染，而且填料的壓實(shí)會(huì)受到天氣等外界因素的影響與限制，導(dǎo)致工期無法保證。而采用注漿法對(duì)沉陷進(jìn)行加固處理，除了能使路基的穩(wěn)定性與強(qiáng)度都達(dá)到要求，還能防止對(duì)路面施工造成太大的影響。